1. Ikhtisar
Di bidang komunikasi optik, sumber cahaya tradisional didasarkan pada modul laser dengan panjang gelombang tetap. Dengan pengembangan berkelanjutan dan penerapan sistem komunikasi optik, kelemahan laser dengan panjang gelombang tetap secara bertahap terungkap. Di satu sisi, dengan perkembangan teknologi DWDM, jumlah panjang gelombang dalam sistem telah mencapai ratusan. Dalam hal perlindungan, cadangan setiap laser harus dibuat dengan panjang gelombang yang sama. Pasokan laser menyebabkan peningkatan jumlah laser cadangan dan biaya; di sisi lain, karena laser tetap perlu membedakan panjang gelombang, jenis laser meningkat dengan meningkatnya jumlah panjang gelombang, yang membuat kompleksitas manajemen dan tingkat inventaris lebih kompleks; di sisi lain, jika kita ingin mendukung alokasi panjang gelombang dinamis dalam jaringan optik dan meningkatkan fleksibilitas jaringan, kita perlu melengkapi sejumlah besar gelombang yang berbeda. Laser tetap panjang, tetapi tingkat pemanfaatan setiap laser sangat rendah, mengakibatkan pemborosan sumber daya. Untuk mengatasi kekurangan ini, dengan pengembangan semikonduktor dan teknologi terkait, laser yang dapat disetel telah berhasil dikembangkan, yaitu panjang gelombang yang berbeda dalam bandwidth tertentu dikendalikan pada modul laser yang sama, dan nilai dan jarak panjang gelombang ini memenuhi persyaratan ITU-T.
Untuk jaringan optik generasi berikutnya, laser yang dapat disetel adalah faktor kunci untuk mewujudkan jaringan optik cerdas, yang dapat memberi operator fleksibilitas yang lebih besar, kecepatan suplai panjang gelombang yang lebih cepat, dan pada akhirnya biaya yang lebih rendah. Di masa depan, jaringan optik jarak jauh akan menjadi dunia sistem dinamis panjang gelombang. Jaringan ini dapat mencapai penugasan panjang gelombang baru dalam waktu yang sangat singkat. Karena penggunaan teknologi transmisi jarak jauh, tidak perlu menggunakan regenerator, yang menghemat banyak uang. Laser merdu diharapkan menyediakan alat baru untuk jaringan komunikasi masa depan untuk mengelola panjang gelombang, meningkatkan efisiensi jaringan, dan mengembangkan jaringan optik generasi berikutnya. Salah satu aplikasi yang paling menarik adalah optical add-drop multiplexer (ROADM) yang dapat dikonfigurasi ulang. Sistem jaringan dinamis yang dapat dikonfigurasi ulang akan muncul di pasar jaringan, dan laser yang dapat disetel dengan jangkauan besar yang dapat disesuaikan akan lebih dibutuhkan.
2. Prinsip dan Karakteristik Teknis
Ada tiga jenis teknologi kontrol untuk laser merdu: teknologi kontrol arus, teknologi kontrol suhu, dan teknologi kontrol mekanis. Diantaranya, teknologi yang dikontrol secara elektronik mewujudkan penyetelan panjang gelombang dengan mengubah arus injeksi. Ini memiliki kecepatan penyetelan tingkat ns dan bandwidth penyetelan lebar, tetapi daya keluarannya kecil. Teknologi utama yang dikontrol secara elektronik adalah laser SG-DBR (Sampling Grating DBR) dan GCSR (Assisted Grating Directional Coupled Back Sampling Reflection). Teknologi kontrol suhu mengubah panjang gelombang keluaran laser dengan mengubah indeks bias daerah aktif laser. Teknologinya sederhana, tetapi lambat, bandwidth yang dapat disesuaikan sempit, hanya beberapa nanometer. Laser DFB (Distributed Feedback) dan DBR (Distributed Bragg Reflection) adalah teknologi utama yang didasarkan pada kontrol suhu. Kontrol mekanis terutama didasarkan pada teknologi sistem mikro-elektro-mekanis (MEMS) untuk menyelesaikan pemilihan panjang gelombang, dengan bandwidth yang dapat disesuaikan lebih besar dan daya output yang lebih tinggi. Struktur utama berdasarkan teknologi kontrol mekanis adalah DFB (Distributed Feedback), ECL (External Cavity Laser) dan VCSEL (Vertical Cavity Surface Emission Laser). Prinsip laser merdu dari aspek-aspek ini akan dijelaskan di bawah ini. Di antara mereka, teknologi merdu saat ini, yang paling populer, ditekankan.
2.1 Teknologi Kontrol Suhu
Teknologi kontrol berbasis suhu terutama digunakan dalam struktur DFB, prinsipnya adalah menyesuaikan suhu rongga laser, sehingga dapat memancarkan panjang gelombang yang berbeda. Penyesuaian panjang gelombang laser yang dapat diatur berdasarkan prinsip ini diwujudkan dengan mengontrol variasi laser DFB InGaAsP yang bekerja dalam kisaran suhu tertentu. Perangkat ini terdiri dari perangkat pengunci gelombang bawaan (pengukur standar dan detektor pemantauan) untuk mengunci output laser CW ke jaringan ITU pada interval 50 GHz. Secara umum, dua TEC terpisah dienkapsulasi dalam perangkat. Salah satunya adalah untuk mengontrol panjang gelombang chip laser, dan yang lainnya adalah untuk memastikan bahwa kunci dan detektor daya di perangkat bekerja pada suhu konstan.
Keuntungan terbesar dari laser ini adalah kinerjanya mirip dengan laser dengan panjang gelombang tetap. Mereka memiliki karakteristik daya keluaran tinggi, stabilitas panjang gelombang yang baik, operasi sederhana, biaya rendah dan teknologi matang. Namun, ada dua kelemahan utama: pertama adalah lebar penyetelan satu perangkat sempit, biasanya hanya beberapa nanometer; yang lainnya adalah bahwa waktu penyetelan panjang, yang biasanya membutuhkan beberapa detik waktu stabilitas penyetelan.
2.2 Teknologi Kontrol Mekanik
Teknologi kontrol mekanis umumnya diimplementasikan dengan menggunakan MEMS. Laser merdu berdasarkan teknologi kontrol mekanis mengadopsi struktur MEMs-DFB.
Laser yang dapat disetel mencakup susunan laser DFB, lensa EMS yang dapat dimiringkan, serta bagian kontrol dan tambahan lainnya.
Ada beberapa array laser DFB di area array laser DFB, yang masing-masing dapat menghasilkan panjang gelombang tertentu dengan bandwidth sekitar 1,0 nm dan jarak 25 Ghz. Dengan mengontrol sudut rotasi lensa MEMs, panjang gelombang tertentu yang diperlukan dapat dipilih untuk menghasilkan panjang gelombang cahaya tertentu yang diperlukan.
Array Laser DFB
Laser merdu lainnya berdasarkan struktur VCSEL dirancang berdasarkan laser pemancar permukaan rongga vertikal yang dipompa secara optik. Teknologi rongga semi-simetris digunakan untuk mencapai penyetelan panjang gelombang kontinu dengan menggunakan MEMS. Ini terdiri dari laser semikonduktor dan resonator penguatan laser vertikal yang dapat memancarkan cahaya di permukaan. Ada reflektor bergerak di salah satu ujung resonator, yang dapat mengubah panjang resonator dan panjang gelombang laser. Keuntungan utama VCSEL adalah dapat menghasilkan sinar murni dan kontinu, dan dapat dengan mudah dan efektif digabungkan ke dalam serat optik. Selain itu, biayanya rendah karena sifat-sifatnya dapat diukur pada wafer. Kerugian utama VCSEL adalah daya keluarannya yang rendah, kecepatan penyesuaian yang tidak memadai, dan reflektor seluler tambahan. Jika pompa optik ditambahkan untuk meningkatkan daya keluaran, kompleksitas keseluruhan akan meningkat, dan konsumsi daya serta biaya laser akan meningkat. Kerugian utama dari laser yang dapat disetel berdasarkan prinsip ini adalah bahwa waktu penyetelan relatif lambat, yang biasanya memerlukan beberapa detik waktu stabilisasi penyetelan.
2.3 Teknologi Kontrol Saat Ini
Tidak seperti DFB, pada laser DBR yang dapat disetel, panjang gelombang diubah dengan mengarahkan arus eksitasi ke berbagai bagian resonator. Laser semacam itu memiliki setidaknya empat bagian: biasanya dua kisi Bragg, modul penguatan, dan modul fase dengan penyetelan panjang gelombang halus. Untuk jenis laser ini, akan ada banyak kisi Bragg di setiap ujungnya. Dengan kata lain, setelah nada grating tertentu, ada celah, lalu ada nada kisi yang berbeda, lalu ada celah, dan seterusnya. Ini menghasilkan spektrum refleksi seperti sisir. Kisi-kisi Bragg di kedua ujung laser menghasilkan spektrum reflektansi seperti sisir yang berbeda. Ketika cahaya memantul bolak-balik di antara keduanya, superposisi dari dua spektrum reflektansi yang berbeda menghasilkan rentang panjang gelombang yang lebih luas. Sirkuit eksitasi yang digunakan dalam teknologi ini cukup kompleks, tetapi kecepatan penyesuaiannya sangat cepat. Jadi prinsip umum berdasarkan teknologi kontrol arus adalah mengubah arus FBG dan bagian kontrol fasa di berbagai posisi laser yang dapat disetel, sehingga indeks bias relatif FBG akan berubah, dan spektrum yang berbeda akan dihasilkan. Dengan melapiskan spektrum yang berbeda yang dihasilkan oleh FBG di daerah yang berbeda, panjang gelombang tertentu akan dipilih, sehingga panjang gelombang tertentu yang diperlukan akan dihasilkan. Laser.
Laser yang dapat disetel berdasarkan teknologi kontrol saat ini mengadopsi struktur SGDBR (Sampled Grating Distributed Bragg Reflector).
Dua reflektor di ujung depan dan belakang resonator laser memiliki puncak refleksinya sendiri. Dengan menyesuaikan dua puncak refleksi ini dengan menyuntikkan arus, laser dapat menghasilkan panjang gelombang yang berbeda.
Dua reflektor di sisi resonator laser memiliki beberapa puncak refleksi. Saat laser MGYL bekerja, arus injeksi menyetelnya. Dua lampu yang dipantulkan ditumpangkan oleh penggabung/pemisah 1*2. Mengoptimalkan reflektifitas front-end memungkinkan laser untuk mencapai output daya tinggi di seluruh rentang tuning.
3. Status industri
Laser merdu berada di garis depan bidang perangkat komunikasi optik, dan hanya beberapa perusahaan komunikasi optik besar di dunia yang dapat menyediakan produk ini. Perusahaan perwakilan seperti SANTUR berdasarkan penyetelan mekanis MEMS, JDSU, Oclaro, Ignis, AOC berdasarkan peraturan saat ini SGBDR, dll., juga merupakan salah satu dari sedikit bidang perangkat optik yang telah diraba oleh pemasok China. Wuhan Aoxin Technologies Co., Ltd. telah mencapai keunggulan inti dalam kemasan laser merdu kelas atas. Ini adalah satu-satunya perusahaan di China yang dapat memproduksi laser yang dapat disetel dalam jumlah banyak. Ini telah batch ke Eropa dan Amerika Serikat. Pasokan pabrikan.
JDSU menggunakan teknologi integrasi monolitik InP untuk mengintegrasikan laser dan modulator ke dalam satu platform untuk meluncurkan modul XFP ukuran kecil dengan laser yang dapat disesuaikan. Dengan perluasan pasar laser merdu, kunci pengembangan teknologi produk ini adalah miniaturisasi dan biaya rendah. Di masa depan, semakin banyak produsen akan memperkenalkan modul panjang gelombang yang dapat disesuaikan dengan paket XFP.
Dalam lima tahun ke depan, laser merdu akan menjadi hot spot. Tingkat pertumbuhan komposit tahunan (CAGR) pasar akan mencapai 37% dan skalanya akan mencapai 1,2 miliar dolar AS pada tahun 2012, sedangkan tingkat pertumbuhan komposit tahunan pasar komponen penting lainnya pada periode yang sama adalah 24% untuk laser dengan panjang gelombang tetap. , 28% untuk detektor dan penerima, dan 35% untuk modulator eksternal. Pada tahun 2012, pasar untuk laser merdu, laser dengan panjang gelombang tetap, dan fotodetektor untuk jaringan optik akan mencapai total $8 miliar.
4. Aplikasi Spesifik Laser Merdu dalam Komunikasi Optik
Aplikasi jaringan laser merdu dapat dibagi menjadi dua bagian: aplikasi statis dan aplikasi dinamis.
Dalam aplikasi statis, panjang gelombang laser yang dapat disetel diatur selama penggunaan dan tidak berubah seiring waktu. Aplikasi statis yang paling umum adalah sebagai pengganti laser sumber, yaitu dalam sistem transmisi multiplexing divisi panjang gelombang padat (DWDM), di mana laser yang dapat disetel bertindak sebagai cadangan untuk beberapa laser dengan panjang gelombang tetap dan laser sumber fleksibel, mengurangi jumlah saluran kartu yang diperlukan untuk mendukung semua panjang gelombang yang berbeda.
Dalam aplikasi statis, persyaratan utama untuk laser yang dapat disetel adalah harga, daya keluaran, dan karakteristik spektral, artinya, lebar garis dan stabilitas sebanding dengan laser dengan panjang gelombang tetap yang digantikannya. Semakin lebar rentang panjang gelombang, semakin baik rasio kinerja-harga, tanpa kecepatan penyesuaian yang jauh lebih cepat. Saat ini, penerapan sistem DWDM dengan laser yang dapat diatur secara presisi semakin banyak.
Di masa depan, laser merdu yang digunakan sebagai cadangan juga akan membutuhkan kecepatan yang sesuai. Ketika saluran multiplexing divisi panjang gelombang padat gagal, laser yang dapat disesuaikan dapat diaktifkan secara otomatis untuk melanjutkan operasinya. Untuk mencapai fungsi ini, laser harus disetel dan dikunci pada panjang gelombang yang gagal dalam 10 milidetik atau kurang, untuk memastikan bahwa seluruh waktu pemulihan kurang dari 50 milidetik yang dibutuhkan oleh jaringan optik sinkron.
Dalam aplikasi dinamis, panjang gelombang laser yang dapat disetel diperlukan untuk berubah secara teratur untuk meningkatkan fleksibilitas jaringan optik. Aplikasi tersebut umumnya memerlukan penyediaan panjang gelombang dinamis sehingga panjang gelombang dapat ditambahkan atau diusulkan dari segmen jaringan untuk mengakomodasi berbagai kapasitas yang diperlukan. Arsitektur ROADM yang sederhana dan lebih fleksibel telah diusulkan, yang didasarkan pada penggunaan laser yang dapat disetel dan filter yang dapat disetel. Laser merdu dapat menambahkan panjang gelombang tertentu ke sistem, dan filter merdu dapat menyaring panjang gelombang tertentu dari sistem. Laser merdu juga dapat memecahkan masalah pemblokiran panjang gelombang dalam sambungan silang optik. Saat ini, sebagian besar tautan silang optik menggunakan antarmuka optik-elektro-optik di kedua ujung serat untuk menghindari masalah ini. Jika laser yang dapat disesuaikan digunakan untuk memasukkan OXC pada ujung input, panjang gelombang tertentu dapat dipilih untuk memastikan bahwa gelombang cahaya mencapai titik akhir dalam jalur yang jelas.
Di masa depan, laser yang dapat disetel juga dapat digunakan dalam perutean panjang gelombang dan pengalihan paket optik.
Perutean panjang gelombang mengacu pada penggunaan laser yang dapat disetel untuk sepenuhnya menggantikan sakelar semua optik yang kompleks dengan konektor silang tetap yang sederhana, sehingga sinyal perutean jaringan perlu diubah. Setiap saluran panjang gelombang terhubung ke alamat tujuan yang unik, sehingga membentuk koneksi virtual jaringan. Saat mentransmisikan sinyal, laser yang dapat disetel harus menyesuaikan frekuensinya dengan frekuensi yang sesuai dari alamat target.
Peralihan paket optik mengacu pada pengalihan paket optik nyata yang mentransmisikan sinyal dengan perutean panjang gelombang sesuai dengan paket data. Untuk mencapai mode transmisi sinyal ini, laser yang dapat disetel harus dapat beralih dalam waktu sesingkat nanodetik, agar tidak menghasilkan penundaan waktu yang terlalu lama di jaringan.
Dalam aplikasi ini, laser yang dapat disetel dapat menyesuaikan panjang gelombang secara real time untuk menghindari pemblokiran panjang gelombang di jaringan. Oleh karena itu, laser yang dapat disetel harus memiliki rentang penyesuaian yang lebih besar, daya keluaran yang lebih tinggi, dan kecepatan reaksi milidetik. Faktanya, sebagian besar aplikasi dinamis memerlukan multiplexer optik yang dapat disetel atau sakelar optik 1:N untuk bekerja dengan laser untuk memastikan bahwa keluaran laser dapat melewati saluran yang sesuai ke dalam serat optik.
